ИССЛЕДОВАНИЕ ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО СЕНСОРА ПАРОВ ОРГАНИЧЕСКИХ РАСТВОРИТЕЛЕЙ

ВВЕДЕНИЕ 3
ГЛАВА 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 6
1.1 Органические растворители 6
1.2 Классификация и физические принципы работы сенсоров газа 10
1.3 Жидкие кристаллы 15
ГЛАВА 2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 17
2.1 Конструкция жидкокристаллического сенсора паров органических
растворителей 17
2.2 Эксперимент 20
2.2.1 Реакция ЖК на сухой воздушный поток 21
2.2.2 Реакция ЖК на влажный воздушный поток 23
2.2.3 Реакция ЖК на пары диметилформамида 24
2.2.4 Реакция ЖК на пары изопропилового спирта 26
2.2.5 Реакция ЖК на пары толуола 31
2.2.6 Реакция ЖК на пары ацетона 34
2.2.7 Эксперимент по дифракции 37
2.2.8 Концентрация «срабатывания» прототипа жидкокристаллического
сенсора 39
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 43
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Купить

Органические растворители широко используются как в промышленности, так и в быту. Вред растворителей заключается в их воздействии на кожу, слизистые оболочки, на внутренние органы при всасывании в кровь. Большинство органических растворителей хорошо растворяют липиды — жиры, из которых состоит оболочка живой клетки. Сильнее всего реагируют нервная система, лёгкие, печень и почки.
Опасность летучих органических соединений состоит ещё и в том, что они легко воспламеняются и при горении выделяют ядовитые газы, а при накоплении определённой концентрации паров в воздухе они могут стать взрывоопасными. Почти все они обладают наркотическим действием [1].
Толуол - яд общетоксического действия, вызывающий острые и хронические отравления. Длительный контакт с малыми дозами толуола может оказывать влияние на кровь. Представляет опасность проникновение толуола через неповрежденную кожу в организм, поскольку он вызывает эндокринные нарушения и снижает работоспособность. В силу высокой растворимости в липидах и жирах толуол накапливается преимущественно в клетках центральной нервной системы [2].
Ацетон в виде растворителя повсеместно используется в быту для самых разнообразных целей. Но, несмотря на его пользу, ацетон также является весьма опасным для здоровья веществом. Его попадание на кожный покров, в ЖКТ, на слизистую глаза или в легкие (пары ацетона) способно вызвать множество осложнений. В некоторых случаях возможен даже летальный исход, особенно у людей с предрасположенностью к аллергическим реакциям. Опасность отравления парами ацетона в том, что при таком виде отравления очень быстро поражается центральная нервная система. Учитывая то, что ЦНС является регулирующим органом, это может привести к серьезным последствиям и даже летальному исходу. Самый серьезный ущерб будет нанесен сердечнососудистой и легочной системе. Также очень сильно пострадает головной мозг, что в отдельных случаях может привести к коме [3].
Изопропил - бесцветный спиртовой раствор с резким неприятным запахом. Изопропиловый спирт хорошо растворяется в воде, способен к испарению в условиях закрытого помещения, и при утечке способен накапливаться. При превышении допустимых норм - до 10 мг на 1 м3 может стать крайне опасным. При ингаляционном попадании в организм раздражающему действию наиболее подвержены глаза и органы дыхания. Это нередко провоцирует головную боль и угнетение работы головного мозга [4].
Диметилформамид оказывает на организм местно-раздражающее и общетоксическое действие. Поражает центральную нервную систему и кровь (уменьшение содержания гемоглобина, лейкопения, лимфопения), снижает тонус сосудов [5].
Создание приборов газового анализа - сложная задача. К современным сенсорам предъявляются следующие основные требования:
• высокие качественные характеристики: чувствительность, точность, линейность, воспроизводимость показаний, скорость отклика, взаимозаменяемость, отсутствие гистерезиса и большое отношение сигнал-шум;
• высокая надежность: длительный срок службы, устойчивость к внешней среде, безотказность в работе;
• технологичность: малые габариты и масса, простота конструкции, интегральное исполнение, низкая себестоимость [6].
Задачу газового анализа решают различными способами. По принципу действия газоанализаторы могут быть химическими, электрохимическими, фотоионизационными, хроматографическими, магнитными, оптическими и т. д. Такое многообразие объясняется несколькими причинами. С одной стороны, ни один из методов не является универсальным для всех газов. То есть, для каждого конкретного газа можно использовать только вполне определенные методы анализа. С другой стороны, каждый из методов имеет как достоинства, так и недостатки. Так, например, металлооксидные газовые датчики хотя и имеют низкую стоимость, но отличаются малой точностью. Традиционные электрохимические и фотометрические датчики наоборот - достаточно точны, но оказываются слишком дорогими [7].
На рынке присутствует малое число газоанализаторов способных регистрировать данные вещества, например, АНТ-3М - Течеискатель -
газоанализатор. Стоимость базового комплекта составляет порядка 80000 рублей, а полный комплект со всеми дополнительными блоками порядка 480000 рублей [8].
В таких средах как жидкий кристалл ориентация молекул очень чувствительна к инородным примесям. Целью работы было исследовать влияние паров органических растворителей на ориентацию жидкого кристалла и возможность использования этой реакции ЖК в сенсорах.
Для достижения этой цели необходимо было решить следующие задачи:
1) Исследовать влияние сухого и влажного потока воздуха, паров органических растворителей на ориентацию нематического жидкого кристалла 5СВ.
2) Выявить механизмы влияния паров органических растворителей на ориентацию молекул жидкого кристалла
3) Исследовать возможность многократного использования жидкого кристалла для регистрации паров органических растворителей.
4) Выполнить оценку пороговой чувствительности ориентированного нематика 5СВ на пары диметилформамида.
Жидкокристаллический датчик паров органических растворителей может быть использован для мониторинга качества воздуха в помещениях, где используются данные растворители, а также при их производстве. Возможно использование жидкокристаллических датчиков в мультигазовых газосигнализаторах.

Купить